[发明专利]一种获取伪二阶惯性环节的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及过程控制领域，尤其涉及一种获取伪二阶惯性环节的方法和装置。

背景技术

在过程控制实践中，跨阶控制是普遍存在的，例如将低阶控制器用于高阶对象的控制。PID(Proportion integration differentiation)控制器属于一种二阶控制器，PID对二阶对象具有良好的控制特性。跨阶控制对PID控制是可行的，例如将PID用于高阶(大于二阶)对象的控制，可通过参数降阶处理，将高阶对象参数转换为二阶对象参数，可获得良好的跨阶控制特性。但是将自抗扰控制器ADRC(Active disturbance rejection controller)用于跨阶控制，存在抗扰性能下降的问题。

将二阶ADRC用于大于二阶高阶对象控制的抗扰性能将有较大程度的下降，这不是一个通过对象参数降阶处理就能够较好解决的问题。原因是：理论上，ADRC的阶数需要与控制对象的阶数相对应，ADRC在阶内具有优良的抗扰控制性能，但跨阶控制的抗扰性能有较大程度的下降，这是事物的矛盾性所决定的简单道理。对于高阶对象的ADRC控制，直接的解决方法就是增加ADRC的阶数，但是随着ADRC阶数的增加，ADRC的结构也更加趋于复杂化，例如，构造三阶以上ADRC就相当复杂了，通常ADRC的阶数被限制在三阶以内。因此，对自抗扰控制器的跨阶控制理论研究还有更多值得探讨。将二阶线性自抗扰控制器用于大于二阶惯性对象控制，较好的方法就是将大于二阶惯性对象转换为伪二阶惯性环节。

发明内容

本发明实施例提供了一种获取伪二阶惯性环节的方法和装置，解决了将二阶线性自抗扰控制器用于跨阶控制时，存在抗扰性能下降的技术问题。

本发明实施例提供的一种获取伪二阶惯性环节的方法，包括步骤：

S1：通过模型辨识获取惯性对象的预设数惯性常数、预设数增益、预设数阶数，所述惯性对象表达为公式：

其中，IO(s)为所述惯性对象的传递函数；T_α为所述惯性对象的预设数惯性常数，单位为s；K_α为所述惯性对象的预设数增益；n为所述惯性对象的预设数阶数，n大于2且小于16；

S2：设置第一滤波器的统一滤波时间常数、第一滤波器增益，所述第一滤波器表达为公式：

其中，F1(s)为所述第一滤波器的传递函数；T_F为所述统一滤波时间常数，单位为s；K_F1为所述第一滤波器增益；所述第一滤波器为一阶微分器；

S3：设置第二滤波器到第预设数阶数滤波器的统一滤波时间常数，所述第二滤波器到所述第预设数阶数滤波器表达为公式：

其中，Fm(s)为所述第二到所述第预设数阶数滤波器的传递函数；m为所述第二到所述第预设数阶数滤波器的编号，2≤m≤n；n为所述预设数阶数，2<n<16；T_F为所述统一滤波时间常数，单位为s；

S4：将所述第一滤波器到所述第预设数阶数滤波器串联，并将所述第三滤波器到所述第预设数阶数滤波器的输出结果依次叠加输出，形成组合滤波器，所述组合滤波器表达为公式：

其中，F(s)为所述组合滤波器的传递函数；K_F1为所述第一滤波器增益；T_F为所述统一滤波时间常数，单位为s；n为所述预设数阶数，n大于2且小于16；

S5：设置所述第一滤波器增益等于所述预设数增益，设置所述统一滤波时间常数等于所述预设数惯性常数，将所述惯性对象与所述组合滤波器进行并联，获取伪二阶惯性环节，所述伪二阶惯性环节表达为公式：

其中，FOIO(s)为所述伪二阶惯性环节的传递函数；IO(s)为所述惯性对象的传递函数；F(s)为所述组合滤波器的传递函数；T_α为所述预设数惯性常数，单位为s；K_α为所述预设数增益；n为所述预设数阶数，n大于2且小于16；K_F1为所述第一滤波器增益；T_F为所述统一滤波时间常数，单位为s。

本发明实施例中提供的一种获取伪二阶惯性环节的装置，包括预定的惯性对象、模型辨识单元、第一惯性滤波器、第二滤波器到第预设数阶数滤波器、二阶线性自抗扰控制器，所述第一滤波器为一阶微分器，所述第二滤波器到第预设数阶数滤波器为一阶惯性滤波器；